三维手性壳状银纳米结构的非线性饱和吸收特性研究（英文）

采用微球自组装及倾斜真空热蒸镀技术制作了三维手性壳状银纳米结构,采用Z扫描技术研究了该样品在532nm波长、4ns脉宽的Nd:YAG激光入射下的非线性饱和吸收特性。研究结果表明,当入射激光强度达到2.5×10~9 W/cm~2时,其非线性吸收系数可达-1.45×10~(-5) cm/W,该结果比文献报道的悬浮液中的胶体银纳米颗粒的非线性吸收系数(-1.5×10~(-9) cm/W)大四个数量级。实验还发现,该样品的非线性吸收系数随着入射激光的偏振方向改变而出现明显的变化。文中对其非线性吸收的增强机理及偏振依赖性进行了分析讨论。     

Au纳米粒子增强丙酮受激拉曼散射研究

受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)具有激光的特性,并且容易获取不同波长的激光,从而成为调谐激光频率的重要途径之一。然而,由于其转化效率低,限制了它的实际应用。金属纳米粒子具有很强的表面增强效应,曾被广泛地用于增强拉曼散射而获得良好的效果。本文提出将金属纳米粒子的这种性质用于增强SRS。把Au纳米粒子混合于拉曼介质丙酮中,以532nm的纳秒脉冲激光作为激发光,研究了Au纳米粒子在丙酮中的浓度对丙酮SRS一阶Stokes光强的影响,并通过仿真计算对实验结果进行了解释和分析。     

针尖增强拉曼光谱中物理与化学效应的实验研究

针尖增强拉曼光谱(Tip-Enhanced Raman Spectroscopy,TERS)的增强机制中物理和化学效应的影响是一个非常重要的研究课题。通过采用基于原子力显微镜平台的针尖增强拉曼光谱系统,深入研究了金纳米光栅表面苯硫酚的针尖增强拉曼效应。通过与相同样品在表面增强拉曼光谱系统中不同模式的增强因子对比,发现在TERS中物理效应和化学效应对其拉曼信号的增强均有贡献,同时TERS技术会带来更大的化学增强效应,尽管在针尖加载的过程中并未改变苯硫酚与金光栅基底之间的化学环境。这种现象可以归因于苯硫酚分子在垂直金属表面方向上的各向异性及其与针尖表面电荷和外加光电场之间相互作用的影响。本文的研究促进人们对TERS机理的理解,为进一步完善TERS增强理论奠定基础。     

基于PS球刻蚀技术制备纳米孔滤波器结构的优化分析

金属纳米孔阵列作为彩色滤波器件在OLED中有很好的应用前景。本文提出利用胶体晶体刻蚀与真空沉积技术制作大面积金属纳米孔阵列滤波器,并用FDTD模拟优化所需要加工的金属孔阵列的结构参数,分析了其滤波效果及其物理规律和机制。研究表明:在选择粒径为720 nm的PS球、刻蚀剩余粒径为240nm、金属膜厚度为120 nm的条件下,满足CIE红光显示标准的共振波长为704.06 nm,强度透射率为52%,透射谱带宽为24.8 nm。模拟结果为用PS球刻蚀技术制备金属纳米孔阵列的实验提供了理论支持。     

纳米银胶中PVP和Alq3的荧光猝灭研究

本文通过湿法化学还原法合成了平均粒径为4.42nm、标准差为0.98nm的球形银纳米颗粒,并研究了在不同反应时间后获得的银纳米颗粒对PVP和Alq3的荧光猝灭效应。通过深入研究发现,PVP的荧光猝灭效应主要由于其分子链上的酮基与Ag颗粒之间发生了静电吸附,进而导致处在激发态的PVP分子与银颗粒之间产生电子或者能量转移(即非辐射弛豫),猝灭了PVP的荧光发光;而Alq3的荧光猝灭效应则主要归因于银纳米颗粒的欧姆损耗。通过采用时域有限差分法进行模拟发现,溶液中随机分布的银纳米颗粒,不仅能够吸收激发电磁波,削弱激发场强度,而且能够吸收荧光分子辐射的电磁波,进而猝灭了Alq3分子的荧光效应。这些研究成果将有利于了解金属纳米颗粒与PVP及Alq3分子荧光发光之间的关系,为调控荧光发光提供指导。     

三角形银纳米颗粒淬灭八羟基喹啉铝发光研究

基于光学天线原理,通过实验和数值计算研究了三角形银纳米颗粒膜对八羟基喹啉铝(Alq3)发光的猝灭。Alq3发光猝灭是由于光子能量与三角形银纳米颗粒的面内电四极子发生能量共振耦合。实验中,猝灭因子为0.25~0.5。三角形银纳米颗粒密度增加形成较多二聚体和三聚体等,使近场电场场强增加,激发效率增加,导致猝灭因子减小。数值模拟得到三角形银纳米颗粒对Alq3的平均猝灭因子为0.44,与实验结果基本一致。研究结果为基于三角形银纳米颗粒的分子传感、表面等离子体光学成像等应用提供了有价值的参考。     

基于微球自组装技术的大面积表面增强拉曼基底研究

表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman scattering,SERS)能够有效解决常规拉曼中信号极弱问题,在低浓度分析物的痕量检测甚至单分子的检测中具有重要的应用前景,是化学、生物、环境等领域重要的分析手段。在SERS中,高性能SERS基底的实现是关键。本文以微球自组装技术为基础,制备了一种大面积、廉价、高效的SERS基底并对其进行了形貌表征和拉曼增强光谱研究。通过开展R6G分子的SERS研究发现,此种SERS基底对R6G拉曼散射信号的增强倍数是一般粗糙基底的五倍以上。结合数值模拟分析和系统的实验研究,得到了微球直径、纳米颗粒的高度等参数对基底表面附近局域热点和SERS增强倍数的影响规律,给出了最优化的SERS基底参数。本文工作可为SERS研究提供高性能的SERS基底。     

自组装银膜增强8-羟基喹啉铝(Alq_3)光致发光的实验和理论研究

实验和理论研究了不同自组装密度的银纳米颗粒膜对8-羟基喹啉铝(Alq_3)光致发光的影响,结果表明:Alq_3光致发光的表观增强和发射增强因子与银纳米颗粒膜密度呈正相关关系,最大值约为3.2和13;理论计算表明银纳米颗粒膜对Alq_3光致发光的量子效率和发射的最大增强因子约为1.4和15,对比实验和理论结果,金属纳米颗粒膜的近场场强增强是导致Alq3光致发光发射强度增强的主要因素,且Alq_3光致发光效率与Alq_3相对银纳米颗粒的分布和"热点"区域面积覆盖率有关。     

Enhanced chiral response from the Fabry–Perot cavity coupled meta-surfaces

The circular dichroism(CD) signal of a two-dimensional(2D) chiral meta-surface is usually weak, where the difference between the transmitted(or reflected) right and left circular polarization is barely small. We present a general method to enhance the reflective CD spectrum, by adding a layer of reflective film behind the meta-surface. The light passes through the chiral meta-surface and propagates towards the reflector, where it is reflected back and further interacts with the chiral meta-surface. The light is reflected back and forth between these two layers, forming a Fabry–Perot type resonance,which interacts with the localized surface plasmonic resonance(LSPR) mode and greatly enhances the CD signal of the light wave leaving the meta-surface. We numerically calculate the CD enhancing effect of an L-shaped chiral meta-surface on a gold film in the visible range. Compared with the single layer meta-surface, the L-shaped chiral meta-surface has a CD maximum that is dramatically increased to 1. The analysis of reflection efficiency reveals that our design can be used to realize a reflective circular polarizer. Corresponding mode analysis shows that the huge CD originates from the hybrid mode comprised of FP mode and LSPR. Our results provide a general approach to enhancing the CD signal of a chiral meta-surface and can be used in areas like biosensing, circular polarizer, integrated photonics, etc.